CN101692361A - 电流感测用电阻装置 - Google Patents

Abstract

本发明为一种电流感测用电阻装置，其包含：一电阻片，具有一第一侧边、一第二侧边、一第三侧边及一第四侧边，所述多个侧边上分别对应具有一第一开口、一第二开口、一第三开口及一第四开口；一第一电极片，位于电阻片的第一侧边上，部分区域被第一开口区隔为一第一量测区域与一第二量测区域；以及一第二电极片，位于电阻片的第三侧边上，部分区域被第三开口区隔为一第三量测区域与一第四量测区域，其中第二开口位于第一量测区域与第三量测区域之间，而第四开口位于第二量测区域与第四量测区域之间。本发明通过降低制造过程中量测修整的相对误差，以此可使得产品具有高精确度电阻值。

Description

电流感测用电阻装置

技术领域

本发明涉及一种电阻装置，尤指应用于电流感测且具有上下开口的电阻装置。

背景技术

电流感测电阻装置(current sensing resistor)的的工作原理是将电阻串接于负载上，并在向负载供电时，量测该电阻上产生的压降，以此准确推算出电流值。由于电流感测电阻装置的阻值约处于毫奥姆(mOhm)的等级，因此相对精准度要求也较一般电阻装置高(如：±1％)。故在制造电流感测电阻装置的过程中，需要对初步完成的电阻装置进行量测来取得一量测值，然后再针对该量测值与一默认值的误差对该电阻装置进行电阻值的调整。并于调整完成后再进行量测以取得一新的量测值与该默认值进行比对，倘若该量测值与该理想值之比对结果为制程中可接受的误差范围内，即无需再作调整，但若仍差距过大，则再度对电阻装置进行调整，如此反复动态调整将可使电阻装置的量测值趋近于该默认值。

而在公知技术中，对于电流感测用电阻装置的电阻量测，通常采用凯尔文量测法(Kelvin measurement)，其为一四点量测方式，以下将简述其原理。

请参见图1，其为凯尔文量测法的电路示意图，其主要是将一电阻值为R的待测电阻装置15的两端点先分接为四端点11、12、13、14，接着将具有固定电流I的固定电流源16连接至端点13、14，其中一端点13连接至该固定电流源16源头，且另一端点14连接至该固定电流源16末端，另外两端点11、12则分别以具有高阻抗的探针连接以量测两者之间的电压压差，由于端点11、12所连接探针的输入阻抗很高而无电流通过端点11、电阻装置15、端点12的路径(即i₁＝0、i₂＝0)，即令固定电流源16、端点14、待测电阻装置15及端点13成为一回路，此时量测端点11与端点12之间的电压压差V＝V₁₁-V₁₂，便可通过奥姆定律(V＝IR)计算出该电阻装置的电阻值。

再请参见图2(a)，其为一习用电流感测电阻装置的构造示意图，相关细节可参见US RE39,660E号专利的内容，电流感测电阻装置100具有一电阻片120，电阻片120的两侧边分别焊接具有开口140、150的电极片110、130，并定义出感测垫111、131及电流垫112、132作为量测区域。在此习用电流感测电阻装置100生产的过程中，可将电流垫112与电流垫132之间施加一定电流I，并在感测垫111与感测垫131间量测在固定电流I导通电流感测电阻装置100时的电压压差(V₁₁₁-V₁₃₁＝V_diff)，此时待测的电阻片120的电阻值R1可通过R1＝V_diff/I的方式求出。

再请参见图2(b)的所示，其为在电阻装置生产线使用量测仪器上的四个量测端点的示意图，四个量测端点211、212、213、214呈一矩形，依据上述说明，其中两个量测端点213、214作为输入固定电流源使用，另外两个量测端点211、212作为量测输出电压使用，该四个量测端点211、212、213、214用以量测待测电阻装置上固定相对距离上的四点位置。

当制造出尚未切割的带状电阻需要以量测仪器量测时，可能因为机械误差的关系导致施测于各片电阻上的相对位置并不一致。例如图2(c)、2(d)的所示，其中图2(c)量测第一片电阻时量测仪器所对应的四点位置分别在量测端点311、312、313、314，但在图2(d)中，量测第二片电阻时这些对应的位置却在量测端点311a、312a、313a、314a，相较这两片电阻片上的量测位置可以发现图2(c)的电阻片所量测的四量测端点311、312、313、314较图2(d)的电阻片所量测的四量测端点311a、312a、313a、314a的位置明显不同。

再参见如图2(e)所示，其为量测仪器先后两次量测同一片电阻时的量测位置示意图，此图说明了量测仪器对电阻装置400进行第二次量测时的四量测端点411a、412a、413a、414a容易发生无法完全精准对齐第一次量测时的量测端点411、412、413、414位置，亦即量测仪器在这两次测量时的量测位置具有相对偏移的情形。举例而言，在预设生产电阻值为R的电阻装置400过程中，如图2(e)所示，在第一次量测时对四量测端点411、412、413、414进行电阻值的量测，首先计算得到一电阻值R1，而电阻值R1与默认值R并不相等，在修正R-R1之间的差值后，接着进行第二次量测，并预期修正的结果应使电阻装置400的电阻值更接近默认值R，之后再进行第二次量测。在第二次量测过程中，若量测仪器取得的是另外的四量测端点411a、412a、413a、414a上的测得结果，经计算后求得一电阻值R2，可能发现对电阻值修正对于电阻装置400的量测结果并未造成影响，即R1＝R2却都非R的情况。

易言之，在第一次量测电阻装置400时先得到一电阻值R1，此电阻值R1与预设电阻值R有一差距，经由调整后原本预期可以将电阻装置400的电阻值调整至预设的电阻值R，然而在调整过后进行的第二次量测却因为量测仪器所对应的量测端点411a、412a、413a及414a位置与第一次量测时的量测端点411、412、413、414位置并不一致而产生对位误差，此自动化机械式生产的过程中的对位误差，将使采用凯尔文量测法方式的电阻量测点的比较基准不一致而造成对调整后电阻值R2的误判。如何缩小因为仪器的对位误差所导致的量测结果误差，便为发展本发明的主要目的。

发明内容

本发明的一目的在于提供一种电流感测电阻装置，通过在电阻片上形成四个开口区分出四个量测区域，降低制造过程中量测修整的相对误差，以此可使得产品具有高精确度电阻值。

本发明的另一目的在于提供一种电流感测电阻装置，通过形成堆栈电极片及电阻片于基板上的方式，提高电阻装置的支撑强度，且可降低电阻片修整电阻值的制程困难度。

本发明提供一种电阻装置，包含：一电阻片，具有一第一侧边、一第二侧边、一第三侧边及一第四侧边，所述多个侧边上分别对应具有一第一开口、一第二开口、一第三开口及一第四开口；一第一电极片，位于电阻片的第一侧边上，部分区域被第一开口区隔为一第一量测区域与一第二量测区域；以及一第二电极片，位于电阻片的第三侧边上，部分区域被第三开口区隔为一第三量测区域与一第四量测区域，其中第二开口位于第一量测区域与第三量测区域之间，而第四开口位于第二量测区域与第四量测区域之间。

依据上述构想，本发明所述的电阻装置还包含一载板，位于电阻片下。

附图说明

图1，其为凯尔文量测法的电路示意图。

图2(a)，其为一习用电流感测电阻装置的构造示意图。

图2(b)，其为在电阻装置生产线使用量测仪器上的四个量测端点的示意图。

图2(c)、2(d)、2(e)，其为量测仪器于不同情形下的量测位置示意图。

图3(a)，其为未切割前彼此相连的电流感测电阻装置构造上视图。

图3(b)、3(c)，其为经过切割后所形成个别的电阻装置的俯视图及剖面示意图。

图4(a)，其为本发明所定义的量测区域示意图。

图4(b)，其为于本发明所定义的量测区域测量位置的示意图。

图5(a)、5(b)，其为第一较佳实施例的电流感测电阻装置的立体外观示意图及剖面示意图。

图6(a)、6(b)，其为第二较佳实施例的电流感测电阻装置的立体外观示意图及剖面示意图。

其中，附图标记说明如下：

11、12、13、14端点

211、212、213、214、311、311a、312、312a、313、313a、314、314a、411、411a、412、412a、413、413a、414、414a、6110、6110a、6120、6120a、6310、6310a、6320、6320a量测端点

110、130、72、74、76、78、840、850电极片

140、150、51、53、55、57、52、54、56、58、812、822、832、842开口

15、400、500电阻装置501第一电极片

16固定电流源    503第二电极片

100、700、800电流感测电阻装置

111、131感测垫511、611第一量测区域

112、132电流垫513、612第二量测区域

120、502、70、83电阻片531、631第三量测区域

510第一侧边 533、632第四量测区域

520第二侧边 73a、73b、73保护层

530第三侧边 75、77焊性层

540第四侧边  81黏着层

512、712第一开口 82陶瓷载体

522、722第二开口 841、851金属片

532、732第三开口 86第一保护层

542、742第四开口 87第二保护层

529、701狭缝882、892铜层

881、891侧电极883、893镍层

884、894锡层

具体实施方式

本发明为改善习用技术产生的量测缺陷，进而发展出作为提高电流感测电阻装置的量测精准度的技术手段，本发明可适用于不同制程的电流感测电阻装置生产过程。以下先以本发明的结构特征进行说明，接着阐释如何于不同的电流感测电阻装置生产制程中实施本发明的设计。

请参见图3(a)，其示出了以大量制作方式完成但尚未切割的电流感测电阻装置构造上视图，其于纵向上两两电阻装置构造之间均定义有开口51、53、55、57，且横向上两两电阻装置构造之间亦定义有开口52、54、56、58。值得注意的是，本发明的电流感测电阻装置可通过开口位置及大小的设计而获得接近默认目标的电阻值，而不需如公知制程中需多次粗调电阻值的制程步骤。

请参见图3(b)，其为经过切割后所形成个别的电阻装置500的俯视图。图3(c)为沿图3(b)中的I-I’线的剖面示意图。电阻装置500的外观大致呈现一矩形，较佳的为一长方形，并具有相对应的一第一侧边510和一第三侧边530，以及相对应的一第二侧边520和一第四侧边540，其中第一侧边510和第三侧边530为电阻装置500的长边，第二侧边520与第四侧边540为电阻装置500的短边。电阻装置500由电阻片502作为主体，并于电阻片502的第一侧边510和第三侧边530上分别电性连接第一电极片501及第二电极片503。

此外，电阻装置500上具有一第一开口512于第一侧边510以及一第三开口532于第三侧边530，使第一电极片501区分为一第一量测区域511和一第二量测区域513，且使第二电极片502区分为一第三量测区域531和一第四量测区域533。此外，第一量测区域511于电阻装置500的长边方向的长度L1小于第二量测区域513于电阻装置500的长边方向的长度L3；且第三量测区域531于电阻装置500的长边方向的长度L2小于第四量测区域533于电阻装置500的长边方向的长度L4。本发明于此定义电阻装置500的长边方向与第二侧边520、第四侧边540垂直的方向。

而由图中可看出，电阻装置500在第二侧边520和第四侧边540分别具有第二开口522及第四开口542，所述多个开口位于第一电极片501和第二电极片503之间的电阻片502上。第二开口522于沿着电阻装置500的长边方向的深度D1较第一电极片501的第一量测区域511沿着电阻装置500的长边方向上的长度L1为短，也较第二电极片503的第三量测区域531沿着电阻装置500的长边方向上的长度L2为短。此外，第四开口542沿着电阻装置500的长边方向的深度D2，不但较第一电极片501的第二量测区域513沿着电阻装置500的长边方向上的长度L3短，且较第二电极片503的第四量测区域533沿着电阻装置500的长边方向上的长度L4短。

附带一提的是，位于电阻片502与第四开口542的交界处可制作有一狭缝529，狭缝529的作用为，在量测电阻装置500的电阻值的过程中若发现与预设电阻值有差距时，得以使用激光来切割出该狭缝，通过狭缝529的长度来细部调整电阻装置500的电阻值。

承上所述，为便于说明本发明的特点，于图4中将前述电阻装置500的量测区域进一步定义出使用量测仪器施测端点的较佳量测区域。在图4(a)中，通过电阻片502的第二开口522的深度D1设定，分别于第一电极片501上进一步定义出一第一量测区域611、于第二电极片503上进一步定义出一第三量测区域631；并通过第四开口542的深度D2设定，分别于第一电极片501上进一步定义出一第二量测区域612、于第二电极片503上进一步定义出一第四量测区域632。在定义出四个量测区域后，便可采用凯尔文量测法的作法，先将固定电流源施加于第二量测区域612与第四量测区域632上的两个量测端点后，再量测位于第一量测区域611与第三量测区域631内的另外两个量测端点的电压压差。

于电阻装置500上特别定义四个较佳的量测区域的目的是，在该四个量测区域上施以量测仪器的凯尔文量测法时，可以达到将量测时的相对误差降低的效果，以获得具有高精确度电阻值要求的电流感测用电阻装置。如图4(b)中，将量测端点控制在如图4(a)所示的较佳量测区域时，以量测端点6110、6120、6310、6320进行第一组量测电阻值的结果便会与以量测端点6110a、6120a、6310a、6320a进行第二组量测电阻值的结果相接近，进而将相对的量测误差降低，达到提高量测电阻装置500的电阻值时的相对精准度的目的。

在量测出电阻装置500的实际电阻值与默认值的差值后，再以激光等方式施加于电阻片502的狭缝529以改变电阻装置500的电阻值，此作法在现行的电阻片制程中相当简便而易于采用，详参以下的实施例及其说明。

图5(a)为第一较佳实施例的电流感测电阻装置700的立体外观示意图，图5(b)为沿图5(a)中的II-II’线的剖面示意图。如图所示，于此实施例中，电流感测电阻装置700为利用电镀制程所完成，且电流感测电阻装置700包含电阻片70、电极片72、74、76、78于电阻片70的两端、保护层73覆盖在电阻片70的一部分上、焊性层75、77覆盖在电极片72、74、76、78的周围、以及第一开口712、第二开口722、第三开口732及第四开口742分别在电流感测电阻装置700的四个边侧，其中电阻片70在第四开口742上具有狭缝701，使得电流感测电阻装置700的电阻值可以被微调，但因保护层73覆盖于电阻片70上，在此仅以虚线标示狭缝701。

电流感测电阻装置700的制造方法可包括以下步骤：先提供以锰-铜、镍-铜或镍-磷等材质所组成的电阻材料，并利用蚀刻或冲压制程(punch)等方式形成该些开口于电阻材料上，以形成一电阻片70。然后再利用电镀制程于电阻片70双面上分别堆栈形成相对应的电极片72、74、76、78。的后，分别在电极片72、74、76、78的表面上分别电镀焊性层75、77，使得焊性层75覆盖在电极片72、74的外侧、焊性层77覆盖在电极片76、78的外侧。于此实施例中，焊性层75、77可由铜层、镍层及锡层等多层结构堆栈而成，然而并不以此为限，焊性层75、77也可依实际需要而由银、铂、锡铅等材料所组成。最后再选用环氧树脂构成的保护层73a、73b覆盖在暴露出的电阻片70上，作为保护及支撑电流感测电阻装置700的结构强度使用。此外，在覆盖保护层73之前可先以激光修整等方式于电阻片70上形成狭缝(未显示)，用来修正电流感测电阻装置700的电阻值。当然焊性层75、77与保护层73并非必要。

请参见图6(a)，其为本发明电阻装置构造的第二较佳实施例的的立体外观示意图，图6(b)为沿图6(a)中的III-III’线的剖面示意图。相较于图5(b)中采用电镀制程完成的电流感测电阻装置700，图6的电流感测电阻装置800采用压合制程方式生产，且于电阻片83及电极片840、850之下具有一载板，在本例中该载板由陶瓷载体82制成，其被用来增加电流感测电阻装置800的支撑强度，且电阻片83的电阻值修整因有陶瓷载体82的支撑而能降低制程的困难度。

于此类型的电阻制程中，首先将黏着层81、陶瓷载体82与电阻片83压合制成一基板。其中电阻片83的材料可采用锰-铜、镍-铜或镍-磷等合金，而制作方法则可以厚膜印刷或薄膜制程等方式来形成；而黏着层81可由一散热胶片，例如由环氧树脂胶材与玻璃纤维混合而成，以提供陶瓷载体82与电阻片83间的附着性及散热传导效果。而后再以蚀刻等方式，于黏着层81与电阻片83上形成上述位于各个侧边上的四个开口812、822、832、842，而暴露出部分的陶瓷载体82。如前所述，电阻片83可通过上述方式，利用这些开口进一步定义出四个较佳的量测区域，而提高后续电阻值量测及修整的精确度，于此不再赘述。接着再通过电镀、压合或焊接等方式将具有导电功能的电极片840、850附着于电阻片83两侧，其中电极片840、850的材质可为铜或银等。于本实施例中，较佳的作法为于压合黏着层81、陶瓷载体82、与电阻片83所形成的基板之际，先于陶瓷载体82相对于电阻片83的另一面上，同时压合一金属层(例如：铜层)，之后再利用蚀刻或冲压等制程于相对于该电阻片的该载板的另一面上，形成两金属片841、851于陶瓷载体82上相对的两端，进一步提供电阻装置的散热性及预防翘曲等缺陷。

此时，可先以凯尔文量测法测量电阻值并搭配激光切割等方式，于电阻片83上形成狭缝(未显示)，将电阻值再细调趋近默认值。然后，形成一第一保护层86覆盖位于两电极片840及850之间的部分电阻片83上，避免电阻片83受到环境污染或氧化。此外，于本实施例中，可还包含一第二保护层87，其覆盖于金属片841及金属片851之间的部分黏着层81上，以此进一步提供支撑电流感测电阻装置的强度。于本实施例中，第一保护层86及第二保护层87为绝缘材质(例如：环氧树脂)，并利用印刷制程形成。附带一提的是，在本实施例中因为采用压合制程的关系，所述多个保护层附着于黏着层81上，但在使用电镀制程时，所述多个保护层则可直接形成于陶瓷载体82上。

然后，将钛钨合金、镍铜合金或锰铜合金以滚镀的方式于基板(由黏着层81、陶瓷载体82及电阻片83所组成)外侧形成侧电极881、891，且将侧电极881、891分别电性连接至电极片850、840及金属片841、851。最后，可形成焊性层覆盖电极片840、850、金属片841、851及侧电极881、891，以增加电极片840、850、金属片841、851和侧电极881、891的接着强度以及与电路板(未显示)的焊接强度，其中焊性层可包含利用电镀、溅镀等制程形成的铜层882、892、镍层883、893与锡层884、894。

由上述两个实施例可以辅证，本发明所述的电阻装置可以蚀刻或冲压方式修改电阻片的外观，于电阻片的两个较短侧边新增两个开口，采用此两个开口的电流感测电阻设计，可顺利融入习用制程中，更可于电阻装置的生产中提供粗调电阻值效果而简化生产线的复杂度。采用本发明设计的开口，可定义出校正电阻值时的量测区域，进而在不更动原有的微电阻制程情况下，改善习用技术于量测电阻值的对位误差所衍生的相对精准度的缺失，达到本发明所欲发展的目的。

Claims (12)

1.一种电阻装置，包含：

一电阻片，具有一第一侧边、一第二侧边、一第三侧边及一第四侧边，所述多个侧边上分别对应具有一第一开口、一第二开口、一第三开口及一第四开口；

一第一电极片，位于该电阻片的该第一侧边上，部分区域被该第一开口区隔为一第一量测区域与一第二量测区域；以及

一第二电极片，位于该电阻片的该第三侧边上，部分区域被该第三开口区隔为一第三量测区域与一第四量测区域，

其中该第二开口位于该第一量测区域与该第三量测区域之间，而该第四开口位于该第二量测区域与该第四量测区域之间。

2.如权利要求1所述的电阻装置，其中该电阻片呈一矩形，且该电阻片的该第一侧边与该第三侧边为该电阻片的较长侧边，该电阻片的该第二侧边与该第四侧边为该电阻片的较短侧边。

3.如权利要求1所述的电阻装置，其中该第一量测区域于该第一侧边的长度较该第二量测区域于该第一侧边的长度为短，该第三量测区域于该第三侧边的长度较该第四量测区域于该第三侧边的长度为短。

4.如权利要求1所述的电阻装置，其中该第二开口于该第一侧边方向的长度较该第一量测区域于该第一侧边的长度短，且该第二开口于该第三侧边方向的长度较该第三量测区域于该第三侧边的长度短。

5.如权利要求1所述的电阻装置，其中该第四开口于该第一侧边方向的长度较该第二量测区域于该第一侧边的长度短，且该第四开口于该第三侧边方向的长度较该第四量测区域于该第三侧边的长度短。

6.如权利要求1所述的电阻装置，其中该第一电极片与该第二电极片分别电性连接于该电阻片的该第一侧边与该第三侧边的双面上。

7.如权利要求1所述的电阻装置，其中该第一电极片与该第二电极片通过电镀、焊接或压合方式堆栈于该电阻片的该第一侧边与该第三侧边上。

8.如权利要求1所述的电阻装置，其中该电阻装置还包含：

一保护层，覆盖于该电阻片上，而该保护层材料为一环氧树脂。

9.如权利要求1所述的电阻装置，其中该电阻片于该第四侧边上具有一狭缝，用以调整该电阻片的电阻值。

10.如权利要求1所述的电阻装置，其中该电阻装置还包含：

一载板，位于该电阻片下，其中该电阻片的该第一开口、该第二开口、该第三开口及该第四开口暴露出部分的该载板。

11.如权利要求10所述的电阻装置，其中该电阻装置还包含：

一黏着层，位于该载板与该电阻片之间。

12.如权利要求1所述的电阻装置，其中该电阻片通过蚀刻或冲压制程形成该第一开口、该第二开口、该第三开口及该第四开口。

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